Ես ուզում եմ ամեն ինչ իմանալ

Պիեզոէլեկտրականություն

Pin
Send
Share
Send


Պիեզոէլեկտրականություն որոշ նյութեր (մասնավորապես բյուրեղներ և որոշակի կերամիկա) էլեկտրական ներուժ ստեղծելու ունակությունն է1 ի պատասխան կիրառական մեխանիկական սթրեսի: Սա կարող է լինել էլեկտրական լիցքի բաժանման ձև ՝ բյուրեղային վանդակագծով: Եթե ​​նյութը կարճ շրջանառության մեջ չէ, ապա կիրառվող լիցքը նյութի միջոցով լարում է: Խոսքը հունարենից է բխում պիեզին, ինչը նշանակում է սեղմել կամ սեղմել:

Պիեզոէլեկտրական ազդեցությունը շրջելի է, քանի որ այն նյութերը, որոնք ցուցադրում են ուղիղ պիեզոէլեկտրական ազդեցություն (էլեկտրաէներգիայի արտադրություն, երբ սթրեսը կիրառվում է) նույնպես ցուցադրում են փոխադարձ պիեզոէլեկտրոնային ազդեցությունը (սթրեսի և (կամ) լարվածության արտադրություն, երբ կիրառվում է էլեկտրական դաշտ): Օրինակ, կապարի ցիրկոնատի տիտանիատի բյուրեղները կցուցադրեն առավելագույն ձևի փոփոխություն ՝ սկզբնական չափսի մոտ 0,1 տոկոսի չափով: Էֆեկտը գտնում է օգտակար ծրագրեր, ինչպիսիք են ձայնի արտադրությունը և հայտնաբերումը, բարձր լարման արտադրությունը, էլեկտրոնային հաճախականության ստեղծումը, միկրոբալանսները և օպտիկական հավաքույթների ծայրահեղ նրբորեն կենտրոնացումը:

Պատմություն

Բացահայտում և վաղ հետազոտություն

Պիրոէլեկտրական ազդեցությունը, որտեղ նյութը ջերմաստիճանի փոփոխությանն ի պատասխան ՝ ստեղծում է էլեկտրական ներուժ, ուսումնասիրվել է Քերոլուս Լիննեուսի և Ֆրանց Աեպինուսի կողմից ՝ XVIII դարի կեսերին: Հենվելով այդ գիտելիքների վրա ՝ ինչպես Ռեն Հեստ Հեյին, այնպես էլ Անտուան ​​Կեսար Բեքերելը կապ են առաջացրել մեխանիկական սթրեսի և էլեկտրական լիցքի միջև. այնուամենայնիվ, երկուսն էլ փորձեր ապացուցել են, որ անառարկելի են:

Ուղղակի պիզոէլեկտրական ազդեցության առաջին ցուցադրումը եղել է 1880-ին ՝ եղբայրներ Պիեռ Կուրի և Ժակ Քուրի: Նրանք համատեղեցին պիրոէլեկտրիկության իրենց գիտելիքները `հիմքում ընկած բյուրեղային կառուցվածքների հիմքում ընկած ընկալման համար, որոնք բյուրեղային վարքագիծը կանխատեսելու համար հիմք են հանդիսացել պիռոէլեկտրիկությանը և ցույց են տվել ազդեցությունը` օգտագործելով տուրմալինի, քվարցի, տոպազի, եղևնիների շաքարի և Ռոշելի աղի (նատրիումի կալիումի տտրատ տետրահիդատ) բյուրեղները: Քվարցը և Ռոշելի աղը ցուցադրեցին առավելագույն պիեզոէլեկտրականություն:

The Curies- ը, սակայն, չի կանխատեսել փոխադարձ պիեզոէլեկտրական ազդեցությունը: Հակադարձ էֆեկտը մաթեմատիկորեն բխեցվել է հիմնարար ջերմոդինամիկ սկզբունքներից Գաբրիել Լիպմանը 1881-ին: Կուրերը անմիջապես հաստատեցին կոնվերական էֆեկտի առկայությունը և անցան պիեզոէլեկտրական բյուրեղներում էլեկտրոէլաստո-մեխանիկական դեֆորմացիաների ամբողջական շրջելիության քանակական ապացույց:

Հաջորդ մի քանի տասնամյակի ընթացքում պիձոէլեկտրությունը մնաց լաբորատոր հետաքրքրասիրության ինչ-որ բան: Ավելի շատ աշխատանքներ են տարվել պիեզոէլեկտրիկություն ցուցաբերող բյուրեղային կառուցվածքների ուսումնասիրման և սահմանման ուղղությամբ: Սա գագաթնակետ եղավ 1910-ին ՝ Woldemar Voigt's- ի հրատարակմամբ Lehrbuch der Kristallphysik (բյուրեղագիտության ֆիզիկայի դասագիրք), որտեղ նկարագրվում էին պիզոէլեկտրիկության ունակ 20 բնական բյուրեղային դասերը և խստորեն սահմանում էին պենսոէլեկտրական կայունությունները `օգտագործելով տենսորային վերլուծություն:

Առաջին աշխարհամարտը և հետպատերազմյան պատերազմը

Պիեզոէլեկտրական սարքերի առաջին գործնական կիրառումը սոնար էր, որն առաջին անգամ մշակվել է Առաջին աշխարհամարտի տարիներին 1917 թվականին Ֆրանսիայում, Պոլ Լանգվինը և նրա գործընկերները մշակեցին ուլտրաձայնային սուզանավային դետեկտոր: Դետեկտորը բաղկացած էր տրանսֆորմատորից, որը պատրաստված էր բարակ քվարց բյուրեղներից, որոնք ուշադիր սոսնձված էին երկու պողպատե սալերի միջև, և հիդրոֆոն ՝ վերադարձված արձագանքը հայտնաբերելու համար: Փոխարկիչից բարձր հաճախականության քրքում արտանետելով և չափելով ժամանակը, որը տևում է լսելու էխոդը ձայնային ալիքներից, որոնք ցատկում են օբյեկտը, կարելի է հաշվարկել այդ օբյեկտի հեռավորությունը:

Պիեզոէլեկտրականության օգտագործումը սոնարում և այդ նախագծի հաջողությունը խիստ զարգացման հետաքրքրություն առաջացրեց պիեզոէլեկտրոնային սարքերի նկատմամբ: Հաջորդ մի քանի տասնամյակների ընթացքում հետազոտվեցին և մշակվեցին նոր պիեզոէլեկտրական նյութեր և այդ նյութերի նոր կիրառություններ:

Պիզոէլեկտրական սարքերը տներ են գտել բազմաթիվ ոլորտներում: Կերամիկական ֆոնոգրաֆիայի փամփուշտները պարզեցրել են խաղացողի ձևավորումը, էժան ու ճշգրիտ էին և ռեկորդային նվագարկիչներին դարձնում են ավելի էժան `պահպանելու և ավելի հեշտ կառուցելու համար: Ուլտրաձայնային փոխարկիչի զարգացումը թույլ տվեց հեշտությամբ չափել հեղուկների և պինդ նյութերի մածուցիկության և առաձգականությունը, ինչը հանգեցրել է հսկայական առաջընթացների նյութերի հետազոտության մեջ: Ժամանակային տիրույթի ուլտրաձայնային ռեֆլոմետրերը (որոնք ուլտրաձայնային զարկերակ են ուղարկում նյութի միջոցով և չափում են անթիվ արտացոլումները) արտացոլումները կարող են գտնել չուգունի և քարե առարկաների ներսում ՝ բարելավելով կառուցվածքային անվտանգությունը:

Երկրորդ աշխարհամարտը և հետպատերազմյան պատերազմը

Երկրորդ աշխարհամարտի տարիներին Միացյալ Նահանգներում, Ռուսաստանում և Japanապոնիայում անկախ հետազոտական ​​խմբերը հայտնաբերեցին մարդկային պատրաստված նյութերի նոր դաս, որը կոչվում է «ֆերոէլեկտրիկներ», որոնք ցուցադրում են պիեզոէլեկտրական կայունություններ բազում անգամ ավելի բարձր, քան բնական նյութերը: Սա հանգեցրեց ինտենսիվ հետազոտության `բարիումի տիտանիատի և հետագայում կապարի ցիրկոնատի տիտանիատի նյութերի մշակման համար` հատուկ կիրառությունների համար հատուկ հատկություններով:

ԱՄՆ-ում պիեզոէլեկտրոնային սարքերի և նյութերի մշակումները պահվել են ընկերությունն իրականացնող ընկերություններում, որոնք հիմնականում պայմանավորված են դաշտի պատերազմի սկզբում և շահավետ արտոնագրերի ապահովման նպատակով: Նոր նյութեր, որոնք առաջինն էին մշակվել, քվարցային բյուրեղները առաջինն էին առևտրի արդյունքում շահագործվող պիեզոէլեկտրական նյութը, բայց գիտնականները որոնում էին ավելի բարձրորակ նյութեր: Չնայած նյութերի առաջընթացին և արտադրական գործընթացների հասունացմանը, Միացյալ Նահանգների շուկան այնքան արագ չէր աճել: Առանց շատ նոր դիմումների, տուժեց Միացյալ Նահանգների պիեզոէլեկտրական արդյունաբերությունը:

Ի հակադրություն, ճապոնական արտադրողները կիսեցին իրենց տեղեկատվությունը ՝ արագորեն հաղթահարելով տեխնիկական և արտադրական մարտահրավերները և ստեղծելով նոր շուկաներ: Materialsապոնիայի ջանքերը նյութերի ուսումնասիրության մեջ ստեղծեցին պիեզոքերամիկական նյութեր, որոնք մրցակցում էին ԱՄՆ նյութերին, բայց զերծ են արտոնագրերի թանկ սահմանափակումներից: Japaneseապոնիայի պիեզոէլեկտրիկ խոշոր զարգացումները ներառում են պիեզոերկրային ֆիլտրերի նոր ձևավորում, որոնք օգտագործվում են ռադիոյով և հեռուստատեսությամբ, պիեզո բզզոցներով և աուդիո տրանսֆորմատորներով, որոնք կարող էին ուղղակիորեն միանալ էլեկտրոնային սխեմաներին, և պիեզոէլեկտրական բոցավառիչը, որը առաջացնում է կայծեր փոքր շարժիչի բոցավառման համակարգերի (և գազաբալոնային լապտերների) համար: սեղմելով կերամիկական սկավառակ: Ուլտրաձայնային փոխարկիչները, որոնք կարող էին փոխանցել ձայնային ալիքները օդով, արդեն գոյություն ունեին որոշ ժամանակ, բայց առաջին անգամ տեսան խոշոր առևտրային օգտագործումը վաղ հեռուստատեսության հեռակառավարիչներում: Այս տրանսֆորմատորներն այժմ տեղադրված են մի քանի մեքենայի մոդելների վրա, որպես էխոլոկացիոն սարք, օգնելով վարորդին որոշել մեքենայի հետևի հեռավորությունը ցանկացած առարկայից, որը կարող է լինել իր ճանապարհին:

Նյութեր

Բազմաթիվ նյութեր ՝ ինչպես բնական, այնպես էլ տեխնածին, ցուցադրում են պիեզոէլեկտրական ազդեցությունը: Այս նյութերը ներառում են.

Բնականաբար բյուրեղներ են առաջանում

  • Բեռլինիտ (AlPO4) - հազվագյուտ ֆոսֆատ հանքանյութ, որը կառուցվածքայինորեն նույնական է քվարցին
  • ձեռնափայտ շաքար
  • Քվարց
  • Ռոշելի աղ
  • Թոփազը
  • Tourmaline Group Minerals

Այլ բնական նյութեր

  • Ոսկրածուծը ապատիտ բյուրեղների պատճառով ցուցում է պիեզոէլեկտրական որոշ հատկություններ, և ենթադրվում է, որ որպես ոսկրերի ձևավորումը կարգավորող միջոց ՝ էլեկտրամագնիսական ալիքները խթանում են ոսկրերի աճը:

Մարդկային բյուրեղներ

  • Գալիումի օրթոֆոսֆատ (GaPO)4) - a quartz անալոգային բյուրեղ
  • Լանգասիտ (La3Գա5SiO14) - a quartz անալոգային բյուրեղ

Մարդկային կերամիկա

Պերովսկիտով կամ վոլֆրամ-բրոնզե կոնստրուկցիաներով կերամիկայի ընտանիքը ցուցադրել է պիեզոէլեկտրականություն.

  • Բարիում տիտանիատ (BaTiO3) -Բարիումի տիտանիատը հայտնաբերված առաջին պիեզոէլեկտրական կերամիկն էր:
  • Կապար տիտանիատ (PbTiO3)
  • Կապար ցիրկոնատի տիտանիատ (Pb (ZrTi) O)3) -Շատ հայտնի է որպես PZT, կապարի ցիրկոնատ տիտանիատն այսօր ամենատարածված պիեզոէլեկտրական կերամիկն է:
  • Կալիում նիոբատ (KNbO3)
  • Lithium niobate (LiNbO3)
  • Lithium tantalate (LiTaO3)
  • Նատրիումի վոլֆրամ (NaxՎՈ3)
  • Բա2NaNb5Օ5
  • Պբ2KNb5Օ15

Պոլիմերներ

  • Պոլիվինիլիդենային ֆտորիդ (PVDF) -PVDF- ն ցուցադրում է պիեզոէլեկտրականություն, մի քանի անգամ ավելի մեծ, քան քվարցը: Ի տարբերություն կերամիկայի, որտեղ նյութի բյուրեղային կառուցվածքը ստեղծում է պիեզոէլեկտրական էֆեկտը, պոլիմերներում միահյուսված երկարատև շղթայի մոլեկուլները գրավում են յուրաքանչյուրը և ցանում մյուսը, երբ կիրառվում է էլեկտրական դաշտ:

Ծրագրեր

Պիեզոէլեկտրական բյուրեղները այժմ օգտագործվում են բազմաթիվ եղանակներով.

Բարձր լարման և էներգիայի աղբյուրներ

Քվարցի նման որոշ նյութերի ուղղակի պիձոէլեկտրականությունը, ինչպես վերը նշվեց, կարող է առաջացնել հազարավոր վոլտների հավանական տարբերություններ:

  • Հավանաբար, ամենատարածված կիրառումը էլեկտրական ծխախոտի թեթևացումն է. Կոճակը սեղմելը գարնանային բեռնված մուրճով հարվածում է պիեզոէլեկտրական բյուրեղին հարվածելու համար, իսկ արտադրված բարձր լարը վառվում է գազը, քանի որ ընթացիկ ցատկում է փոքր կայծային բացի վրա: Դյուրակիր կայծերը, որոնք նախկինում թեթևացնում էին գազի վանդակաճաղերը կամ վառարանները, աշխատում են նույն կերպ, և գազի այրիչների շատ տեսակներ այժմ ներկառուցված են պիեզոյի վրա հիմնված բոցավառման համակարգեր:
  • Նմանատիպ գաղափարը ուսումնասիրում է DARPA- ն Միացյալ Նահանգներում `կոչվող նախագծում Էներգիայի բերք, որը ներառում է զինված ուժերի կոշիկներում ներկառուցված պիեզոէլեկտրական գեներատորների կողմից ռազմադաշտային սարքավորումներ հոսելու փորձ: Այնուամենայնիվ, էներգիայի հավաքման այս աղբյուրները միասնաբար ազդում են մարմնի վրա: DARPA- ի ջանքերը `քայլելիս կոշիկի շարունակական ազդեցությունից 1-2 վտ օգտագործել, ոչնչացվել են ոչ կոռեկտության և կոշիկի կրող անձի կողմից ծախսված լրացուցիչ էներգիայի պատճառով անհանգստության պատճառով:
  • Պիեզոէլեկտրական տրանսֆորմատորը AC լարման բազմապատկիչի տեսակ է: Ի տարբերություն սովորական տրանսֆորմատորի, որն օգտագործում է մագնիսական միացում մուտքի և ելքի միջև, պիեզոէլեկտրական տրանսֆորմատորը օգտագործում է ձայնային միացում: Մուտքային լարումը կիրառվում է պիզո-կերամիկական նյութի մի փոքր կարճ երկարությամբ, ինչպիսին է PZT- ն, բարում այլընտրանքային սթրես ստեղծելով ՝ հակադարձ պիեզոէլեկտրիկ ազդեցության միջոցով և պատճառելով ամբողջ սալիկի թրթռումը: Թրթռման հաճախությունը ընտրվում է որպես բլոկի ռեզոնանսի հաճախականություն, սովորաբար 100 կիլհերցից մինչև 1 մեգերցային տիրույթում: Պիզոէլեկտրական էֆեկտով այնուհետև արտադրվում է ավելի բարձր ելքային լարում: Beenուցադրվել են ավելի քան 1000: 1-ի արագացման գործակիցներ: Այս տրանսֆորմատորի լրացուցիչ առանձնահատկությունն այն է, որ այն գործելով իր ռեզոնանսի հաճախականությունից վեր, այն կարող է կատարվել ի հայտ գալ որպես ինդուկտիվ բեռ, որն օգտակար է այն սխեմաներում, որոնք պահանջում են վերահսկվող փափուկ սկիզբ: Այս սարքերը կարող են օգտագործվել DC-AC ինվերտորներում `CCFL- ներ վարելու համար: Պիեզո տրանսֆորմատորները մատչելի են առավելագույն կոմպակտ բարձր լարման աղբյուրներից:

Ցուցիչներ

Պիեզոէլեկտրական սենսորի գործարկման սկզբունքը այն է, որ ֆիզիկական հարթությունը, որը վերածվել է ուժի, գործում է զգայական տարրի երկու հակադիր դեմքերի վրա: Կախված սենսորի դիզայնից, կարող են օգտագործվել պիեզոէլեկտրական տարրը բեռնելու տարբեր «ռեժիմներ» ՝ երկայնական, լայնակի և կտրող:

Soundնշման տատանումների հայտնաբերումը ձայնի տեսքով ամենատարածված սենսորի կիրառությունն է, օրինակ ՝ պիեզոէլեկտրական միկրոֆոնները (ձայնային ալիքները թեքում են պիեզոէլեկտրական նյութը, ստեղծելով փոփոխվող լարման) և էլեկտրական ուժեղացված կիթառների համար պիեզոէլեկտրական պիկապները: Գործիքի մարմնին ամրացված պիեզո սենսորը հայտնի է որպես կոնտակտային խոսափող:

Պիզոէլեկտրական տվիչները հատկապես օգտագործվում են ուլտրաձայնային տրանսֆորմատորներում բարձր հաճախականությամբ ձայնի միջոցով `բժշկական պատկերազերծման համար, ինչպես նաև արդյունաբերական ոչ-ապակառուցողական թեստավորում (NDT):

Զգայական շատ տեխնիկայի համար սենսորը կարող է գործել ինչպես սենսոր, այնպես էլ ակտիվացուցիչ, հաճախ տերմինը փոխարկիչ նախընտրելի է, երբ սարքը գործում է այս երկակի հզորությամբ, բայց պիձո սարքերի մեծամասնությունը ունի վերածելիության այս հատկություն ՝ օգտագործված է, թե ոչ: Օրինակ, ուլտրաձայնային փոխարկիչները կարող են ուլտրաձայնային ալիքներ ներարկել մարմնին, ստանալ վերադարձված ալիք և վերափոխել այն էլեկտրական ազդանշանի (լարման): Բժշկական ուլտրաձայնային փոխարկիչների մեծ մասը պիեզոէլեկտրական է:

Բացի վերը նշվածներից, տարբեր սենսորային ծրագրեր ներառում են.

  • Պիեզոէլեկտրական տարրերը օգտագործվում են նաև սոնարային ալիքների հայտնաբերման և սերնդի մեջ:
  • Էլեկտրաէներգիայի վերահսկում բարձր էներգիայի կիրառություններում (օրինակ, բժշկական բուժում, սոնոչիմիա և արդյունաբերական վերամշակում):
  • Պիեզոէլեկտրական մանրէները օգտագործվում են որպես շատ զգայուն քիմիական և կենսաբանական տվիչներ:
  • Պիեզոները երբեմն օգտագործվում են լարում չափիչներով:
  • Պիեզոէլեկտրական տրանսֆորմատորները օգտագործվում են էլեկտրոնային հարվածային բարձիկների մեջ `թմբուկի ձողիկների ազդեցությունը հայտնաբերելու համար:
  • Պայթյունը հայտնաբերելու համար ավտոմոբիլային շարժիչների կառավարման համակարգերը օգտագործում են պիեզոէլեկտրական փոխարկիչ ՝ նմուշառելով շարժիչի բլոկի թրթռումները:
  • Ուլտրաձայնային պիզո ցուցիչները օգտագործվում են ակուստիկ արտանետումների փորձարկման ժամանակ ձայնային արտանետումների հայտնաբերման մեջ:

Ակտիվատորներ

Քանի որ շատ բարձր լարումները համապատասխանում են միայն բյուրեղի լայնության փոքրիկ փոփոխություններին, այս լայնությունը հնարավոր է փոխել ավելի լավ, քան միկրոմետր ճշգրտությամբ ՝ պիեզո բյուրեղները դարձնելով ծայրահեղ ճշգրտությամբ օբյեկտների տեղակայման ամենակարևոր գործիքը, հետևաբար դրանց օգտագործումը ակտուատորներում:

  • Բարձրախոսներ. Լարերը փոխարկվում են պիեզոէլեկտրական պոլիմերային ֆիլմի մեխանիկական շարժմանը:
  • Պիեզոէլեկտրական շարժիչներ. Պիեզոէլեկտրական տարրերը ուղղաձիգ ուժ են կիրառում առանցքի վրա ՝ պատճառելով, որ այն պտտվի: Ներգրավված չափազանց փոքր հեռավորությունների պատճառով պիեզո շարժիչը դիտվում է որպես խորքային ճշգրիտ փոխարինում տափաստանային շարժիչի համար:
  • Պիեզոէլեկտրական տարրերը կարող են օգտագործվել լազերային հայելիի դասավորվածության մեջ, որտեղ մանրադիտակի հեռավորությունների վրա մեծ զանգված (հայելի լեռը) տեղափոխելու նրանց հնարավորությունը օգտագործվում է որոշ լազերային հայելիների էլեկտրոնային տարբերակման համար: Preciselyշգրիտորեն վերահսկելով հայելիների միջև հեռավորությունը, լազերային էլեկտրոնիկան կարող է ճշգրիտ կերպով պահպանել օպտիկական պայմանները լազերային խոռոչի ներսում `ճառագայթի ելքը օպտիմալացնելու համար:
  • Կապված կիրառումը ակուստո-օպտիկական մոդուլատորն է, սարքը, որը թրթռում է հայելին, որպեսզի այն արտացոլի լույսը Դոպլերի հերթափոխով: Սա օգտակար է լազերի հաճախականությունը լավ կարգավորելու համար:
  • Ատոմային ուժի մանրադիտակներ և թունելային թունելային մանրադիտակներ օգտագործում են փոխադարձ պիեզոէլեկտրություն ՝ զգայական ասեղը մոտ զոնդին պահելու համար:
  • Inkjet տպիչներ. Շատ թանաքային տպիչների վրա պիեզոէլեկտրական բյուրեղները օգտագործվում են թանաքից հոսքի թանաքից թղթի վրա թանաքի հոսքը վերահսկելու համար:
  • Դիզելային շարժիչներ. Բարձրորակ ընդհանուր երկաթուղային դիզելային շարժիչները օգտագործում են պիեզոէլեկտրական վառելիքի ներարկիչներ, որոնք առաջին հերթին մշակվել է Siemens AG- ի կողմից, ավելի տարածված էլեկտրական փական սարքերի փոխարեն:

Հաճախականության ստանդարտ

Քվարցի պիձոէլեկտրական հատկությունները օգտակար են որպես հաճախականության ստանդարտ:

  • Քվարցային ժամացույցները օգտագործում են քվարցից պատրաստված ճարմանդային պատառաքաղ, որն օգտագործում է ինչպես ուղղակի, այնպես էլ փոխադարձ piezoelectricity- ի համադրություն ՝ պարբերաբար էլեկտրական իմպուլսների շարքը կանոնավոր կերպով ստեղծելու համար, որն օգտագործվում է ժամանակի նշման համար: Քվարց բյուրեղը (ինչպես ցանկացած առաձգական նյութ) ունի ճշգրտորեն սահմանված բնական հաճախականություն (դրա ձևի և չափի հետևանքով), որի դեպքում նախընտրում է տատանվել, և սա օգտագործվում է բյուրեղին հասցված պարբերական լարման հաճախականությունը կայունացնելու համար:
  • Նույն սկզբունքը շատ կարևոր է բոլոր ռադիոհաղորդիչների և ընդունիչների և համակարգիչների մեջ, որտեղ այն ստեղծում է ժամացույցի զարկերակ: Երկուսն էլ սովորաբար օգտագործում են հաճախականության բազմապատկիչ ՝ հասնելով մեգահերց և գիգհերցների միջակայքերը:

Պիեզոէլեկտրական շարժիչներ

Պիեզոէլեկտրական շարժիչի տեսակները ներառում են հայտնի ճանապարհորդող ալիքային շարժիչը, որն օգտագործվում է ռեֆլեքսային խցիկներում ինքնավենտրոնացման համար, գծային շարժման համար միանցքային շարժիչ և ուղղանկյուն քառանկյուն շարժիչներ, որոնք ունեն բարձր էներգիայի խտություն (2.5 վտ / սմ³) և արագությունը ՝ 10 նմ-ից: / վ-ից 800 մմ / վ: Այս բոլոր շարժիչները աշխատում են նույն սկզբունքով: 90 ° փուլային տեղաշարժով երկակի օրթոգոնալ թրթռման ռեժիմներով պայմանավորված ՝ երկու մակերևույթի միջև շփման կետը թրթռում է էլիպսաձև ճանապարհով ՝ մակերևույթների միջև առաջացնելով շփման ուժ: Սովորաբար, մեկ մակերեսը ամրագրված է, ինչի պատճառով մյուսը շարժվում է: Պիզոէլեկտրական շարժիչների մեծ մասում պիեզոէլեկտրական բյուրեղը ոգևորված է սինուսային ալիքի ազդանշանի միջոցով շարժիչի ռեզոնանսի հաճախականությամբ: Օգտագործելով ռեզոնանսային էֆեկտը, շատ ավելի ցածր լարման կարող է օգտագործվել բարձր թրթռման ամպլիտուդություն ստեղծելու համար:

Թրթռանքների կրճատում

TU Darmstadt- ը Գերմանիայում ուսումնասիրում է թրթռումները նվազեցնելու և դադարեցնելու եղանակները `կցելով պիեզո տարրեր: Երբ նյութը թեքվում է մի ուղղությամբ թրթռմամբ, համակարգը նկատում է թեքումը և էլեկտրական ուժ է ուղարկում պիեզո տարրին `մյուս ուղղությամբ թեքվելու համար:

Նման փորձը ցուցադրվել է 2005-ի նոյեմբերին Ֆրանկֆուրտում գտնվող Material Vision Fair- ում: Մի քանի վահանակներ հարվածվել էին ռետինե մորեխով, իսկ պիեզո տարրով վահանակը անմիջապես դադարեց ճոճվել:

Հետազոտական ​​խումբը տեսնում է ապագա դիմումները մեքենաներում և տներում `աղմուկը նվազեցնելու համար:

Բյուրեղի դասեր

Spանկացած տարածականորեն բաժանված լիցք կհանգեցնի էլեկտրական դաշտի, և, հետևաբար, էլեկտրական ներուժի: Hereուցադրվում է կոնդենսատորի մեջ ստանդարտ դիէլեկտրիկ: Պիեզոէլեկտրական սարքում մեխանիկական սթրեսը նյութի անհատական ​​ատոմներում լիցքավորման առանձնացման պատճառն է, այլ ոչ թե արտաքին կիրառվող լարման:

Երեսուներկու բյուրեղապակյա դասերից քսանմեկը ոչ-կենտրոնախույզ են (սիմետրիայի կենտրոն չունենալով), և դրանցից քսանը ցուցադրում են ուղղակի պիեզոէլեկտրականություն (21-րդը `խորանարդ դաս 432): Դրանցից տասը բևեռային են (օրինակ ՝ ինքնաբուխ բևեռացված), իրենց միավորի բջիջում ունենալով երկբևեռ և դրսևորում են պիրոէլեկտրականություն: Եթե ​​այս երկբևեռը կարող է շրջվել էլեկտրական դաշտի կիրառմամբ, ապա ասում են, որ նյութը ֆերոէլեկտրական է:

  • Պիեզոէլեկտրական բյուրեղի դասեր `1, 2, մ, 222, մմ 2, 4, -4, 422, 4 մմ, -42 մ, 3, 32, 3 մ, 6, -6, 622, 6 մմ, -62 մ, 23, -43 մ
  • Պիռոէլեկտրիկ ՝ 1, 2, մ, մմ 2, 4, 4 մմ, 3, 3 մ, 6, 6 մմ

Պիեզոէլեկտրական բյուրեղի մեջ դրական և բացասական էլեկտրական լիցքերը առանձնացված են, բայց սիմետրիկորեն բաշխված են, այնպես որ բյուրեղն ընդհանուր առմամբ էլեկտրականորեն չեզոք է: Այս կայքերից յուրաքանչյուրը ձևավորում է էլեկտրական երկբևեռ, և միմյանց մոտակայքում տեղադրված երկբևեռները հակված են հավասարեցվել Վայսի տիրույթներ կոչվող շրջաններում: Դոմենները սովորաբար պատահականորեն կողմնորոշված ​​են, բայց ընթացքում դրանք կարող են դասավորված լինել բևեռ (ոչ նույնը, ինչ մագնիսական բևեռացումը), գործընթաց, որի միջոցով ուժեղ էլեկտրական դաշտը կիրառվում է ամբողջ նյութի մեջ, սովորաբար բարձրացված ջերմաստիճանում:

Երբ կիրառվում է մեխանիկական սթրես, այս սիմետրիան խանգարում է, և լիցքի ասիմետրիան առաջացնում է լարում նյութի ամբողջ մասում: Օրինակ, քվարցի 1 սմ խորանարդը, որի վրա 500 lbf (2 կՆ) ճիշտ կիրառված ուժ է, կարող է առաջացնել 12.500 Վ լարման:

Պիեզոէլեկտրական նյութերը նույնպես ցույց են տալիս հակառակ ազդեցությունը, որը կոչվում է կոնվերտ պիզոէլեկտրական ազդեցություն, որտեղ էլեկտրական դաշտի կիրառումը բյուրեղի մեջ մեխանիկական դեֆորմացիա է առաջացնում:

Մաթեմատիկական նկարագրություն

Պիեզոէլեկտրությունը նյութի էլեկտրական վարքի համակցված ազդեցությունն է.

Որտեղ Դ էլեկտրական տեղահանումն է, թույլատրելիություն է և Ե էլեկտրական դաշտի ուժ է, և Հուկի օրենքը.

Որտեղ Ս լարում է, ս համապատասխանությունն է և Տ սթրես է:

Դրանք կարող են համատեղվել այսպես կոչվածի մեջ զուգակցված հավասարումներ, որոնցից լարվածության ձևը հետևյալն է.

ուր դ ներկայացնում է պիեզոէլեկտրական հաստատունները, իսկ գիրքը Ե ցույց է տալիս զրոյական կամ կայուն էլեկտրական դաշտ; գիրքը Տ ցույց է տալիս զրոյական կամ կայուն սթրեսի դաշտ; և բաժանորդագրությունը տ հանդես է գալիս մատրիցայի փոխադրման համար:

6 մմ բյուրեղապակի դասի նյութի համար նախատեսված լարում (օրինակ, բևեռավորված պիեզոէլեկտրական կերամիկական, օրինակ, PZT) կարող է գրվել նաև հետևյալի համար.

Չնայած վերը նշված հավասարումները գրականության մեջ ամենաշատ օգտագործված ձևն են, նոտացիայի վերաբերյալ որոշ մեկնաբանություններ անհրաժեշտ են: Ընդհանրապես Դ և Ե վեկտորներ են, այսինքն ՝ 1-ին աստիճանի կարտեզիական լարվածություն. և թույլատրելիություն 2-րդ աստիճանի Cartesian լարված է: Լարումն ու սթրեսը, սկզբունքորեն, նաև երկրորդ կարգի տենդերներն են: Բայց պայմանականորեն, քանի որ լարվածությունն ու սթրեսը սիմետրիկ տենդեր են, լարումի և սթրեսի սուբստրակտը կարող է նորից պիտակավորվել հետևյալ ձևով. ; ; ; ; ; . (Գրականության մեջ տարբեր հեղինակների կողմից կարող են օգտագործվել տարբեր կոնվենցիաներ, ասենք ՝ որոշ օգտագործումներ) ; ; փոխարենը) դա է պատճառը Ս և Տ թվում է, որ 6 բաղադրիչի «վեկտորի ձևը» ունի: Հետևաբար, ս ըստ երևույթին, 6-ից 6-ի տենսորի փոխարեն 6-ից 6 մատրից է: Նման վերանշանակված ազգությունը հաճախ կոչվում է Voigt նոտացիա:

Միջազգային ստանդարտներ

  • ANSI-IEEE 176 (1987) Պիեզոէլեկտրականության ստանդարտ
  • IEC 302 (1969) Ստանդարտ սահմանումներ և չափման մեթոդներ Freq միջակայքում գործող Պիգոէլեկտրական վիբրատորների համար
  • IEC 444 (1973) քվարց բյուրեղային միավորների ռեզոնանսային ֆրեկի և հավասարության շարքի դիմադրության չափման հիմնական մեթոդը ՝ pi- ցանցում
  • IEEE 177 (1976) Պիեզոէլեկտրական թրթռիչների չափման ստանդարտ սահմանումներ և մեթոդներ

Նոտաներ

  1. ↑ Դուգլաս Ա. Սքոոգ, Ստենլի Ռ. Քրոչ և Ֆ. Hollեյմս Հոլեր, Գործիքային վերլուծության սկզբունքները (Cengage Learning, 2006, ISBN 978-0495012016):

Հղումներ

  • Գաութչի, Գուստավ Հ. Պիեզոէլեկտրական սենսորներ: Springer, 2002. ISBN 3540422595
  • Skoog, Douglas A., Stanley R. Crouch և F. James Holler: Գործիքային վերլուծության սկզբունքները. Cengage Learning, 2006. ISBN 978-0495012016

Արտաքին կապեր

Բոլոր հղումները վերցված են 2019 թվականի մարտի 28-ին:

  • «Պիեզո տերմինոլոգիա» –Piezo Systems, Inc…
  • 'Piezoceramic micromotors' -PiezoMotor - միկրոկտորների ապագան:
  • «Պիեզոէլեկտրականության պատմություն» -Piezo Systems, Inc.
  • Japanապոնիա. Երկաթուղային կայարանի էլեկտրականություն արտադրող դարպասի դարպասներ-պիձո տարրեր, որոնք օգտագործվում են երկաթուղային կայարանի տոմսերի դարպասներում:
  • Design-A կոնսորցիումի պիզոէլեկտրիկների կենտրոնը ՝ նյութերի յուրօրինակ դասի ՝ պիեզոէլեկտրիկների նոր անդամների տեսական կանխատեսման և փորձնական իրացման նպատակով:
  • «Պիեզոէլեկտրական հիմնարար հավասարություն» - ից Տեխնիկական հիմունքներ.
  • «Fomos-նյութեր». Նոր պիեզոէլեկտրական բյուրեղներ `լանգասիտ, լանգատատ:
  • Պիեզոէլեկտրականություն - APC International, Ltd.

Pin
Send
Share
Send